[发明专利]电力线通信系统中基于OFDM的多频组网方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号传输技术领域，特别涉及一种电力线通信系统中基于OFDM的多频组网方法及装置。

背景技术

近年来，随着现代通信技术的飞速发展，在传输便捷、资源丰富的电力线信道中进行高效数字通信得到了广泛的研究和应用。电力线通信（Power Line Communications,PLC）有许多优点，例如广泛分布的电力线网、相对低的通信成本以及随处即插即用等。

目前，很多厂商对电力线通信系统的特点进行了研究和产品开发，电力线通信在学术界也得到了广泛关注，产生了很多标准和产业联盟，例如欧盟的电力线智能电表进化标准（PRIME），由德州仪器、意法半导体等全球多家智能电网行业领导厂商组建的G3-PLC联盟标准，国际电联标准化组织制定的窄带电力线通信ITU-T G.9955标准，以及美国电气与电子工程师协会标准化组织制定的智能电网窄带电力线通信IEEE1901.2标准等等。电力线通信在智能电网行业的产业发展良好，具有规模化应用的广阔前景。

电力线通信的信道环境恶劣，有严重的衰减以及多种噪声和干扰，例如时域冲激噪声、频率选择性衰落、窄带噪声干扰等，最新电力线通信标准均采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM）技术克服多种不利因素。另外，电力线中的设备数量和种类众多，网络拓扑结构复杂、变化频繁。这些都对电力线通信的质量和效率造成显著影响，给传统的通信组网方法带来了许多问题。当电力线通信系统的用户子节点数量增多、网络规模扩大时，传统的电力线通信系统中固定的、单层的、简单的组网模式将导致子节点间通信冲突多发、网络控制开销大等问题，传统的频谱资源分配和接入方法将受到严峻挑战。必须有灵活、合理并且高效的组网方案，以较小的开销和成本，适应电力线系统复杂多变的拓扑结构，降低设备间的干扰，提高系统容量和通信性能。

现有传统的电力线通信系统中的组网方案存在许多问题，许多方面有待改进。在组网模式方面，传统的自组织网络组网模式（例如无线自组织网络Ad-Hoc网络）存在诸多问题，例如路由经常中断、控制开销大等缺点，只适合中小型网络；传统的分级组网模式（即存在不同等级的节点、有中心节点和普通节点的网络），子节点之间的通信需要分层级转发，存在响应时间较长的问题，设备在紧急情况下无法及时将信息上报。另外，这两种传统组网模式均使用单频段通信或固定在一个工作频段，易于发生冲突，降低系统效率。

同时，在频率分配模式方面，传统电力线通信系统也存在问题。对于传统的单频点工作模式，相近子节点、相邻小区的同频干扰严重，电力线信道中的冲突严重，影响系统容量和性能。对于多频点工作模式，目前窄带电力线通信系统的工作频带范围一般在20～500kHz，对于50kHz左右带宽的窄带应用而言，多个频点的组网模式是切实可行的。然而，当前电力线通信系统的子节点大部分采用模拟变频的设计方式，每个子节点需要设计制作对应多个频带的多个变频单元和模拟前端，导致设备复杂度和组网成本很高。另外，如何避免通信距离接近的设备使用相同或邻近的频率而导致相互干扰，也是目前存在的多频组网需要解决的重要问题。

为实现电力线通信系统中灵活高效的多频组网，本专利提出了一种电力线通信系统中基于正交频分复用的虚拟子载波技术进行多频组网的方法。该方法可以利用正交频分多址接入技术，每个子节点仅需一个模拟前端，利用同一个OFDM系统工作频带，灵活地进行数字变频，大大节约了成本，降低了设备复杂度和实现复杂度。同时，能够克服上述传统组网方案中存在的组网模式、频率分配模式的缺点，可适应多种通信环境和组网需求，有效提升电力线通信网络的系统容量和通信性能。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种电力线通信系统中基于正交频分复用技术的多频组网方法及装置，该方法及装置实现的多频组网方法可适应多种通信环境和组网需求，具有组网灵活、频谱利用率高、设备成本和实现复杂度低等优点，能克服现有电力线通信系统中组网方法的缺点和不足，有效减少通信冲突和网络控制开销，降低设备相互干扰，提升电力线通信网络的系统容量和通信性能。

（二）技术方案